專利名稱：適用于擺動掃描式紅外地球敏感器的閉環(huán)自動測試方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測試方法，更特別地說，是指一種適用于擺動式紅外地球敏感器在生產和研制過程中對姿態(tài)角邏輯處理模塊采用的閉環(huán)自動測試方法。
背景技術：
擺動掃描式紅外地球敏感器是一種衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)中的主要定姿設備，它通過測量衛(wèi)星相對地球的姿態(tài)來確定飛行姿態(tài)。擺動掃描式紅外地球敏感器可以直接計算出衛(wèi)星的滾動角和俯仰角。
擺動掃描式紅外地球敏感器(參見圖1所示)主要包括有機械擺動掃描系(包括掃描鏡)、四個紅外探測器組成的復合視場地球探頭、同步基準時鐘發(fā)生電路、擺動掃描驅動電路、紅外地球波的處理電路和姿態(tài)角邏輯處理模塊組成。擺動掃描式紅外地球敏感器工作時，隨著掃描鏡的擺動，四個紅外探測器(相當于四束鉛筆型射束)沿著相當于南、北緯45°的掃描路徑(掃描路徑包括空間斷和地平段)對地平進行掃描，產生四路地球信號(紅外探測器的輸出)。四路地球信號經過四路模擬通道(包括前置放大、微分以及穿越處理等)處理，產生四路空/地，地/空穿越信號，然后與內部掃描基準進行相位比較等邏輯處理，測試出俯仰滾動姿態(tài)信息(俯仰角θ、滾動角)。
按照擺動掃描式紅外地球敏感器研制和生產的過程，可以將擺動掃描式紅外地球敏感器的測試分為單板測試及單板老練、姿態(tài)角邏輯處理模塊測試、機電聯(lián)試、整機測試及老練、整機環(huán)境實驗。單板測試及老練無法組成閉環(huán)測試系統(tǒng)進行測試及標定；整機環(huán)境實驗采用傳統(tǒng)的閉環(huán)測試方法完成。
傳統(tǒng)的閉環(huán)測試方法是由三軸轉臺、工控機和擺動掃描式紅外地球敏感器組成閉環(huán)回路，三軸轉臺模擬衛(wèi)星紅外掃描地球，將紅外掃描信息送入擺動掃描式紅外地球敏感器，擺動掃描式紅外地球敏感器計算出姿態(tài)信息；這種閉環(huán)測試方法只能在敏感器安裝完畢之后才能夠進行測試，不能對擺動掃描紅外地球敏感器的姿態(tài)角邏輯處理模塊和機電聯(lián)試組成閉環(huán)系統(tǒng)，若研制中需要調整參數還得拆卸擺動掃描式紅外地球敏感器，這樣必將嚴重影響擺動掃描式紅外地球敏感器的測量精度和產品的研制速度。為了在完成擺動掃描式紅外地球敏感器之前，能夠有效地對其進行參數設定、測試精度進行評價，本發(fā)明人提出了一種在未完成擺動掃描式紅外地球敏感器時進行的邏輯測試和機電聯(lián)試的閉環(huán)測試具有重要意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種適用于擺動掃描式紅外地球敏感器的閉環(huán)自動測試方法，該閉環(huán)自動測試方法主要是針對擺動掃描式紅外地球敏感器中的姿態(tài)角邏輯處理模塊進行閉環(huán)測試，是通過測試輸出的參數、以及輸出的姿態(tài)角信息與工控機產生的隨機測試用例，通過比較測試用例和檢測信息進行比較，得出測試結論。
本發(fā)明適用于擺動掃描式紅外地球敏感器中姿態(tài)角邏輯處理模塊采用的閉環(huán)自動測試方法，對姿態(tài)角邏輯處理模塊研制階段進行的測試，其包括的測試用設備有工控機、電信號源裝置和電檢測箱，工控機分別與電信號源裝置和電檢測箱相連構成一個閉環(huán)信號檢測。在本發(fā)明中，閉環(huán)測試信號處理步驟為A步驟工控機通過COM1串口，向電信號源裝置發(fā)送設定的邏輯測試用例；所述測試用例包括有軌道高度h、俯仰角θ、滾動角和掃描方式NS/WS；B步驟根據A步驟中電信號源裝置接收的所述邏輯測試用例，產生同步的三路模擬器信息輸出給電檢測箱；所述三路模擬器信息是電地球波信號E_Wave_M、時鐘脈沖信號CLK_M和參考信號REF_M；C步驟根據B步驟中電檢測箱接收的所述三路模擬器信息進行隔離整形后輸出三路電測信息給姿態(tài)角邏輯處理模塊；所述三路電測信息是電測電地球波信號E_Wave_E、電測時鐘脈沖信號CLK_E和電測參考信號REF_E；D步驟工控機輸出遙控命令TC_DATA給電檢測箱，經電檢測箱進行隔離整形電平轉換后輸出電測遙控命令TC_DATA_E給姿態(tài)角邏輯處理模塊；E步驟電檢測箱向姿態(tài)角邏輯處理模塊提供線性電源Power；所述線性電源是±15V、+5V；F步驟姿態(tài)角邏輯處理模塊對接收的電測電地球波信號E_Wave_E、電測時鐘脈沖信號CLK_E、電測基準信號REF_E和電測遙控命令TC_DATA_E進行姿態(tài)信息解析處理，并將姿態(tài)角信息打包形成電測遙測數據TM_DATA_E輸出給電檢測箱；
G步驟根據F步驟中對電檢測箱接收的所述電測遙測數據TC_DATA_E進行隔離整形電平轉換后輸出遙測數據TM_DATA給工控機；H步驟工控機采用連續(xù)采集方式接收所述遙測數據TM_DATA，并對接收的所述遙測數據TM_DATA進行N多次(50～100次)實測求取俯仰角、滾動角平均值處理，獲得俯仰角實測均值 θ、滾動角實測均值 ；以及對接收的所述遙測數據TM_DATA進行3倍標準方差計算，獲得俯仰角標準方差3σθ、滾動角標準方差3σ；然后將俯仰角實測均值 θ、滾動角實測均值 與設定的邏輯測試用例進行差值比較，獲得姿態(tài)角邏輯處理模塊的絕對誤差ε。在本發(fā)明中，所述絕對誤差ε、俯仰角標準方差3σθ和滾動角標準方差3σ形成測試信息包。
擺動掃描式紅外地球敏感器的研制人員可以根據H步驟中獲得的測試信息包對姿態(tài)角邏輯處理模塊進行參數調整，從而形成閉環(huán)自動測試。
本發(fā)明閉環(huán)自動測試方法的優(yōu)點在于(1)是一種針對擺動掃描式紅外地球敏感器研制和生產各個階段的閉環(huán)測試方法，有利于降低研制成本，縮短研制周期；(2)采用階段性對器件進行閉環(huán)測試，減小了成品的故障率，提高了產品的精度；(3)在上位機(工控機)中設計有針對性的軟件控制，有利于實時對數據自動采集和處理；(4)通過測試用例自動生成，模擬了實際工作狀態(tài)下姿態(tài)角邏輯處理模塊所需處理的各種姿態(tài)信息；(5)測試過程自動完成、測試結果自動分析，并生成可視化的檢測信息包供外部使用，為擺動掃描式紅外地球敏感器研制提供了方便。


圖1是本發(fā)明擺動掃描式紅外地球敏感器結構圖。
圖2是本發(fā)明姿態(tài)角邏輯處理模塊閉環(huán)測試系統(tǒng)組成框圖。
圖3是本發(fā)明測試數據處理模塊的測試流程圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
在本發(fā)明中，請參見圖2所示，為了對擺動掃描式紅外地球敏感器中姿態(tài)角邏輯處理模塊采用閉環(huán)測試，姿態(tài)角邏輯處理模塊與工控機(作為上位機，實現對發(fā)送指令、接收數據信息進行處理)、電信號源裝置(根據測試用例產生信號，相應的結構參見申請?zhí)?00610165373.X)、電檢測箱(提供供電電源、以及對輸入/輸出信號進行隔離，相應的結構參見申請?zhí)?00610165439.5)相連構成一個閉環(huán)信號檢測。
在本發(fā)明中，工控機(研華工控機，IPC-610)內安裝有基于FPGA的測試數據通信接口(用于實現工控機對遙控、遙測數據的收發(fā))、以及測試數據處理模塊(用于完成數據采集及測試模式選取處理)。
請參見圖3所示，測試數據處理模塊是在工控機開機后，自動開啟運行，在測試數據處理模塊系統(tǒng)初始化下，進入測試緩沖、等待；由操作者輸入指令參數后是否進行測試模式選擇，若對通路測試，則選擇信號源通訊測試模式；若對姿態(tài)角邏輯處理模塊測試，則選擇功能測試模式；在信號源通訊測試模式下直接對測試結果輸出至顯示屏；在功能測試模式下設置衛(wèi)星軌道高度h，然后對擺動掃描式紅外地球敏感器的窄掃/寬掃電軸測試、寬掃轉移特性測試和單點性能測試進行選擇，并根據測試條件組合(衛(wèi)星軌道高度h+窄掃/寬掃電軸測試、衛(wèi)星軌道高度h+寬掃轉移特性測試、衛(wèi)星軌道高度h+單點性能測試)自動生成邏輯測試用例，并經COM1串口輸出至電信號源裝置；下發(fā)遙控命令，等待接收遙測數據，并將接收的遙測數據進行保存；然后對測試次數進行判斷，是否完成設置采集N次數，“是”則結束采集，發(fā)出檢測信息包；“否”則繼續(xù)采集。在本發(fā)明中，對擺動掃描式紅外地球敏感器姿態(tài)角邏輯處理模塊的測試按照其測試功能可分為窄掃/寬掃電軸測試、寬掃轉移特性測試、單點性能測試。
在本發(fā)明中，電信號源裝置由CPU、模擬輸出模塊、信號源發(fā)生模塊、供電電源和液晶顯示器(LCD)組成；工控機與CPU通過RS232串口進行通訊；示波器與信號源發(fā)生模塊通過DB-15接口相連，用于顯示信號源發(fā)生模塊輸出的波形；電性能檢測箱與信號源發(fā)生模塊通過IDC-16接口通訊，電性能檢測箱與紅外地球敏感器通過電聯(lián)接；CPU與模擬輸出模塊與信號源發(fā)生模塊通過標準工業(yè)STD總線相連，實現數據通訊；液晶顯示器(LCD)與CPU采用VGA接口相連，用于實現信號源的實時顯示、以及計數數據的顯示、和工控機配置的參數顯示。此種信號源裝置的優(yōu)點在于(1)CPU采用STC Client DX型號，在中斷響應中輸出信號源信號，能夠滿足信號源發(fā)生的實時性要求；(2)信號源發(fā)生模塊采用可編程定時計數器產生頻率可變的時鐘信號，信號發(fā)生控制簡單且信號源時序準確；采用可編程定時計數器進行脈沖計數，計數控制方便且精度高，計數誤差保證在正負一個脈沖之內；(3)模擬輸出模塊采用四路模擬信號同步輸出的12位D/A芯片DAC7625，轉換精度可達0.1％；采用DC-DC、信號光電隔離模塊，實現D/A轉換電路的供電電源和信號隔離，可靠性好，抗干擾性能強；(4)經工控機對信號的精度采集顯示，得到寬掃測試精度為12°±2％，窄掃測試精度為5°±1％，提高了擺動掃描式紅外地球敏感器的測試精度；(5)本發(fā)明信號源發(fā)生裝置的設計考慮了地球曲率變化、大氣輻射變化、日月干擾、紅外地球敏感器自身掃描頻率變化等干擾因素，能夠真實地模擬擺動掃描式紅外地球敏感器的工作環(huán)境，準確完成對擺動掃描式紅外地球敏感器整機的測試；該信號源裝置可以提供研制過程中的擺動掃描式紅外地球敏感器整機安裝之前各個模塊測試所需要的測試信號，實現對擺動掃描式紅外地球敏感器整機安裝之前各個模塊的測試，大大縮短了擺動掃描式紅外地球敏感器的研制周期。
在本發(fā)明中，電檢測箱包括有設置在殼體上的多個接口、以及安裝在殼體內的電路板；電檢測箱的殼體上設置有220V交流電源接口、直流電源接口、敏感器電源開關、電檢測箱總開關、測試接口、敏感器供電電流顯示單元、敏感器信號接口、敏感器電源接口、電信號源裝置接口以及工控機接口。擺動掃描式紅外地球敏感器通過敏感器信號接口和敏感器電源接口與其相連，電信號源裝置通過電信號源裝置接口與其相連，工控機通過工控機接口與其相連。所述電路板由電平信號處理單元、信號源信號處理單元、敏感器電源供電及保護電路和電檢測箱電源模塊組成；所述測試接口的設計可以根據擺動掃描式紅外地球敏感器研制過程中測試的需要，設置如模擬地球波信號測試端、地球波微分信號測試端，其信息可以通過示波器與其連接得到；擺動掃描式紅外地球敏感器內部檢測電壓輸出測試端，其信息可以通過萬用表與其連接得到；擺動掃描式紅外地球敏感器供電電流的信息顯示可以由數字電流表顯示。此種電檢測箱的優(yōu)點在于(1)通過在殼體上設計電纜接口與外部器件的連接，解決了連線的復雜性，方便了與外部器件的連接；(2)采用電檢測箱為擺動掃描式紅外地球敏感器提供供電電源的方式，解決了電源與電檢測箱之間的電磁兼容性；(3)針對于擺動掃描式紅外地球敏感器測試的需求設計了獨立為其電源供電的電源供電電路和保護電路，有效地解決了擺動掃描式紅外地球敏感器正常測試狀態(tài)下電源供電對其的保護，以及在老練時對電源的要求；(4)能夠對擺動掃描式紅外地球敏感器內部的檢測信號進行隔離驅動處理后，供外部測試設備(示波器或萬用表)檢測用；(5)對輸入/輸出的模擬信號采用高精度線性光耦隔離處理，對輸入/輸出的數字信號采用高速數字光耦隔離處理，有效地保證了信號傳輸質量。
請參見圖2所示，本發(fā)明是一種適用于擺動掃描式紅外地球敏感器的閉環(huán)自動測試方法，閉環(huán)測試的步驟有A步驟工控機通過COM1串口，向電信號源裝置發(fā)送設定的邏輯測試用例；所述測試用例包括有軌道高度h、俯仰角θ、滾動角和掃描方式NS/WS；B步驟根據A步驟中電信號源裝置接收的所述邏輯測試用例，產生同步的三路模擬器信息輸出給電檢測箱；所述三路模擬器信息是電地球波信號E_Wave_M、時鐘脈沖信號CLK_M和參考信號REF_M；C步驟根據B步驟中電檢測箱接收的所述三路模擬器信息進行隔離整形后輸出三路電測信息給姿態(tài)角邏輯處理模塊；所述三路電測信息是電測電地球波信號E_Wave_E、電測時鐘脈沖信號CLK_E和電測參考信號REF_E；D步驟工控機輸出遙控命令TC_DATA給電檢測箱，經電檢測箱進行隔離整形電平轉換后輸出電測遙控命令TC_DATA_E給姿態(tài)角邏輯處理模塊；E步驟電檢測箱向姿態(tài)角邏輯處理模塊提供線性電源Power；所述線性電源是±15V、+5V；F步驟姿態(tài)角邏輯處理模塊對接收的電測電地球波信號E_Wave_E、電測時鐘脈沖信號CLK_E、電測基準信號REF_E和電測遙控命令TC_DATA_E進行姿態(tài)信息解析處理，并將姿態(tài)角信息打包形成電測遙測數據TM_DATA_E輸出給電檢測箱；G步驟根據F步驟中對電檢測箱接收的所述電測遙測數據TC_DATA_E進行隔離整形電平轉換后輸出遙測數據TM_DATA給工控機；H步驟工控機采用連續(xù)采集方式接收所述遙測數據TM_DATA，并對接收的所述遙測數據TM_DATA進行N多次(50～100次)實測求取俯仰角、滾動角平均值處理，獲得俯仰角實測均值 θ、滾動角實測均值 ；以及對接收的所述遙測數據TM_DATA進行3倍標準方差計算，獲得俯仰角標準方差3σθ、滾動角標準方差3σ；然后將俯仰角實測均值 θ、滾動角實測均值 與設定的邏輯測試用例進行差值比較，獲得姿態(tài)角邏輯處理模塊的絕對誤差ε。在本發(fā)明中，所述絕對誤差ε、俯仰角標準方差3σθ和滾動角標準方差3σ形成測試信息包。
擺動掃描式紅外地球敏感器的研制人員可以根據H步驟中獲得的測試信息包對姿態(tài)角邏輯處理模塊進行參數調整，從而形成閉環(huán)自動測試。
本發(fā)明閉環(huán)自動測試方法是用于擺動式紅外地球敏感器研制和生產中各階段的閉環(huán)測試用的。
本發(fā)明中，通過采用傳統(tǒng)的數理統(tǒng)計方式對工控機連續(xù)采集的俯仰角θ、滾動角進行數據解析處理，對與一個測試點采集N次(50～100次)數據，測試數據處理每次采集的俯仰、滾動數據均按下列公式計算其俯仰角實測均值 θ、滾動角實測均值、俯仰角標準方差3σθ和滾動角標準方差3σ。
θ‾=ΣiNθi/N---(1)]]> 3σθ=3ΣiN(θi-θ‾)2/(N-1)---(3)]]> 式中 θ表示俯仰角平均值，3σθ表示俯仰角標準方差， 表示滾動角平均值，3σ表示滾動角標準方差，i表示測試點，N表示采集次數。
權利要求
1.一種適用于擺動掃描式紅外地球敏感器的閉環(huán)自動測試方法，是對擺動掃描式紅外地球敏感器中的姿態(tài)角邏輯處理模塊采用閉環(huán)測試，其特征在于所述姿態(tài)角邏輯處理模塊與工控機、電信號源裝置、電檢測箱相連構成一個閉環(huán)信號檢測。
2.根據權利要求1所述的閉環(huán)自動測試方法，其特征在于是用于擺動式紅外地球敏感器研制和生產中各階段的閉環(huán)測試用的。
3.根據權利要求1所述的閉環(huán)自動測試方法，其特征在于閉環(huán)測試的步驟有A步驟工控機通過COM1串口，向電信號源裝置發(fā)送設定的邏輯測試用例；所述測試用例包括有軌道高度h、俯仰角θ、滾動角和掃描方式NS/WS；B步驟根據A步驟中電信號源裝置接收的所述邏輯測試用例，產生同步的三路模擬器信息輸出給電檢測箱；所述三路模擬器信息是電地球波信號E_Wave_M、時鐘脈沖信號CLK_M和參考信號REF_M；C步驟根據B步驟中電檢測箱接收的所述三路模擬器信息進行隔離整形后輸出三路電測信息給姿態(tài)角邏輯處理模塊；所述三路電測信息是電測電地球波信號E_Wave_E、電測時鐘脈沖信號CLK_E和電測參考信號REF_E；D步驟工控機輸出遙控命令TC_DATA給電檢測箱，經電檢測箱進行隔離整形電平轉換后輸出電測遙控命令TC_DATA_E給姿態(tài)角邏輯處理模塊；E步驟電檢測箱向姿態(tài)角邏輯處理模塊提供線性電源Power；所述線性電源是±15V、+5V；F步驟姿態(tài)角邏輯處理模塊對接收的電測電地球波信號E_Wave_E、電測時鐘脈沖信號CLK_E、電測基準信號REF_E和電測遙控命令TC_DATA_E進行姿態(tài)信息解析處理，并將姿態(tài)角信息打包形成電測遙測數據TM_DATA_E輸出給電檢測箱；G步驟根據F步驟中對電檢測箱接收的所述電測遙測數據TC_DATA_E進行隔離整形電平轉換后輸出遙測數據TM_DATA給工控機；H步驟工控機采用連續(xù)采集方式接收所述遙測數據TM_DATA，并對接收的所述遙測數據TM_DATA進行N次實測求取俯仰角、滾動角平均值處理，獲得俯仰角實測均值 θ、滾動角實測均值 ；以及對接收的所述遙測數據TM_DATA進行3倍標準方差計算，獲得俯仰角標準方差3σθ、滾動角標準方差3σ；然后將俯仰角實測均值 θ、滾動角實測均值 與設定的邏輯測試用例進行差值比較，獲得姿態(tài)角邏輯處理模塊的絕對誤差ε。
4.根據權利要求3所述的閉環(huán)自動測試方法，其特征在于工控機連續(xù)采集的俯仰角θ、滾動角進行數據解析處理，對與一個測試點采集N次數據，測試數據處理每次采集的俯仰、滾動數據均按下列公式計算其俯仰角實測均值 θ、滾動角實測均值 、俯仰角標準方差3σθ和滾動角標準方差3σ；θ‾=ΣiNθi/N---(1)]]> 3σθ=3ΣiN(θi-θ‾)2/(N-1)---(3)]]> 式中 θ表示俯仰角平均值，3σθ表示俯仰角標準方差，表示滾動角平均值，3σ表示滾動角標準方差，i表示測試點，N表示采集次數。
5.根據權利要求3所述的閉環(huán)自動測試方法，其特征在于所述絕對誤差ε、俯仰角標準方差3σθ和滾動角標準方差3σ形成測試信息包。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于擺動掃描式紅外地球敏感器中姿態(tài)角邏輯處理模塊的閉環(huán)自動測試方法，姿態(tài)角邏輯處理模塊與工控機、電信號源裝置、電檢測箱相連構成一個閉環(huán)信號檢測。本發(fā)明閉環(huán)自動測試方法主要是通過測試輸出的參數、以及輸出的姿態(tài)角信息與工控機產生的隨機測試用例，通過比較測試用例和檢測信息進行比較，得出測試結論。是一種針對擺動掃描式紅外地球敏感器研制和生產各個階段的閉環(huán)測試方法，有利于降低研制成本，縮短研制周期。
文檔編號G01C21/04GK1975329SQ20061016551
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權日2006年12月21日
發(fā)明者趙建輝, 李帆, 劉艷雷, 李曉明, 王麗艷, 孔琪穎 申請人:北京航空航天大學